Алюмика: свойства и применение сплава¶

Алюмика — обобщённое техническое название группы алюминиевых сплавов, преимущественно на основе системы алюминий–кремний (силумины), а также собирательное обозначение изделий из алюминия и его сплавов, используемых в строительстве, машиностроении и производстве бытовой техники. В широком смысле термин применяется для обозначения материалов, содержащих алюминий в качестве основного компонента, и не является официальным стандартизированным наименованием конкретной марки металла.

¶Происхождение и терминология

Слово «алюмика» не встречается в государственных стандартах (ГОСТ) и технических регламентах как официальное название сплава. Оно возникло как разговорное и коммерческое обозначение, образованное от слова «алюминий». Наибольшее распространение термин получил в сфере розничной торговли и мелкого производства, где под «алюмикой» часто понимают:

• алюминиевый профиль и листовой прокат;
• литейные алюминиевые сплавы для художественного и промышленного литья;
• готовые изделия — посуду, корпуса приборов, элементы декора.

В инженерной среде для точного обозначения состава используют маркировки: АК12 (алюминиево-кремниевый сплав), АМг (алюминий-магний), АД31 (деформируемый сплав системы Al–Mg–Si) и другие.

¶Химический состав и классификация

По химическому составу сплавы, называемые алюмикой, делятся на несколько групп:

¶Литейные сплавы (силумины)

Содержат от 4 до 13 % кремния, а также небольшие добавки меди, магния, марганца или никеля. Кремний придаёт расплаву высокую текучесть, что позволяет заполнять сложные формы при литье. Типичные представители — АК12 (АЛ2), АК9ч (АЛ4), АК7ч (АЛ9).

¶Деформируемые сплавы

Подвергаются прокатке, прессованию или ковке. Содержат магний (АМг2, АМг5), кремний и магний (АД31, АД33) или медь (Д16, АК4-1). Механические свойства таких материалов выше, чем у литейных, за счёт пластической обработки и термического упрочнения.

¶Вторичные сплавы

Производятся из алюминиевого лома и содержат повышенное количество примесей — железа, цинка, свинца. Используются для менее ответственных деталей, где не требуется высокая коррозионная стойкость или пластичность.

¶Физико-механические свойства

Основные характеристики, определяющие применение алюмики:

• Плотность — около 2,7 г/см³, что втрое легче стали.
• Температура плавления — 580–660 °C в зависимости от легирующих элементов.
• Предел прочности — от 80 МПа у чистого алюминия до 500 МПа у высокопрочных деформируемых сплавов (например, В95).
• Коррозионная стойкость — высокая благодаря образованию на поверхности плотной оксидной плёнки Al₂O₃.
• Электропроводность — составляет около 60 % от проводимости меди, что достаточно для применения в электротехнике.
• Теплопроводность — высокая, используется в радиаторах и теплообменниках.

Сплавы алюминия хорошо обрабатываются резанием, свариваются (кроме некоторых литейных составов с высоким содержанием кремния) и поддаются анодированию — нанесению защитного или декоративного оксидного покрытия.

¶Технологии производства

¶Литьё

Для получения фасонных заготовок применяют литьё в кокиль (металлическую форму), под давлением, по выплавляемым моделям и в песчано-глинистые формы. Литьё под давлением обеспечивает высокую точность размеров и производительность, поэтому используется для массового выпуска корпусов электроники, автомобильных деталей и бытовой техники.

¶Деформация

Горячая и холодная прокатка позволяют получать листы и ленты толщиной от 0,2 мм. Прессованием изготавливают профили сложного сечения — оконные рамы, элементы фасадов, радиаторы охлаждения. Ковка и штамповка применяются для деталей, работающих под нагрузкой, — поршней, дисков колёс, кронштейнов.

¶Термическая обработка

Для упрочнения сплавы подвергают закалке и искусственному или естественному старению. Например, сплав АД31 после закалки и старения приобретает прочность, достаточную для несущих конструкций.

¶Применение

Благодаря сочетанию лёгкости, прочности и коррозионной стойкости алюмика используется в различных отраслях:

¶Строительство

Из алюминиевых профилей изготавливают оконные и дверные рамы, витражи, навесные фасадные системы, ограждения балконов и лестниц. Листовой прокат применяется для кровли, облицовки стен и изготовления сэндвич-панелей.

¶Транспорт

В автомобилестроении алюминий идёт на блоки двигателей, радиаторы, диски колёс, кузовные панели. В авиации доля алюминиевых сплавов в конструкции планера достигает 70–80 %. Железнодорожные вагоны, суда и велосипеды также частично или полностью изготавливаются из алюмики.

¶Электротехника

Алюминиевые провода и шины применяются в линиях электропередачи и распределительных устройствах. Для повышения механической прочности жилы армируют стальным сердечником (провода АС).

¶Потребительские товары

Из алюмики производят кухонную посуду — кастрюли, сковороды, формы для выпечки, а также корпуса бытовой техники, ноутбуков, смартфонов и осветительных приборов. Анодированный алюминий с цветным покрытием популярен в дизайне интерьеров.

¶Упаковка

Алюминиевая фольга толщиной 6–12 мкм используется для упаковки пищевых продуктов, фармацевтических препаратов и в производстве композитных материалов (тетрапак).

¶Преимущества и ограничения

К достоинствам алюмики относят малый вес, устойчивость к атмосферной коррозии, нетоксичность (для пищевых сплавов), высокую теплопроводность и возможность вторичной переработки без потери качества. Среди недостатков — относительно низкая твёрдость и склонность к образованию задиров при трении, а также высокая стоимость по сравнению с углеродистой сталью.

Ограничения накладывает и свариваемость: литейные сплавы с содержанием кремния более 6–7 % склонны к образованию трещин и пор в сварном шве, поэтому для сварных конструкций предпочитают деформируемые составы с магнием.

¶Переработка

Алюминий относится к наиболее эффективно перерабатываемым металлам: до 95 % энергии, затрачиваемой на первичное производство, экономится при вторичной плавке. Лом алюминия сортируется по маркам, очищается от покрытий и примесей, после чего переплавляется во вторичные сплавы. В России действует развитая система заготовки алюминиевого лома, а крупные производители используют до 40–50 % вторичного сырья в шихте.

¶Интересные факты

• Оксидная плёнка на поверхности алюминия самовосстанавливается: при повреждении она мгновенно образуется вновь, защищая металл от дальнейшего окисления.
• Алюминий был дороже золота в середине XIX века: из него изготавливали ювелирные изделия и посуду для императорских дворов.
• Первый цельнометаллический самолёт с алюминиевой обшивкой — немецкий «Юнкерс Ю-1» — поднялся в воздух в 1915 году.
• В бытовой терминологии «алюмикой» часто ошибочно называют любой блестящий металл серебристого цвета, включая нержавеющую сталь и мельхиор.